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*本文首發于“納米酶Nanozymes”公衆号，2022年3月12日

*編輯：俞紀元

文章簡介

研究發現，免疫細胞的A2AR表達與組織氧水平呈負相關，并且可以通過類過氧化氫酶納米催化劑刺激内源性H2O2自主供氧；同時，作為外部刺激，近紅外光(NIR)輻射 可以通過光熱轉化所産生的溫度的提高以加速Pt納米催化劑催化H2O2到O2的反應，從而産生更多氧氣。本文作者将産氧外殼（模拟過氧化氫酶的Pt納米催化劑）和光熱核心（聚多巴胺，PDA）經過合理設計，研究出一種光調制納米催化劑，解決了A2AR介導的免疫抑制問題，提高了抗腫瘤 T 細胞免疫力。

示意圖：光調制納米催化劑 (Pt-PDA)抑制 A2A 腺苷受體途徑以促進 ICB 治療

研究内容

本研究合成的光調制納米催化劑 (Pt-PDA) 具有抑制A2AR介導的免疫抑制的效果，能提高抗腫瘤 T 細胞免疫力。具體的實驗内容如下：

首先，從癌症基因組圖譜（TCGA）乳腺癌數據集中收集了A2AR相關基因的表達改變（圖1a）。然後，通過将 Pt 納米顆粒原位還原到具有固有還原能力的PDA上，TEM（圖1b）、XPS（圖1c）、SEM（圖1d）測試結果顯示成功合成了Pt-PDA納米顆粒。

然後通過記錄水溶液中的溫度變化來評估所獲得的 Pt-PDA 納米粒子的光熱特性（圖1e）。經 808 nm 激光照射後，Pt-PDA 和 PDA 溶液的溫度均迅速升高至約55 °C，并且溫度變化随着 Pt-PDA 濃度的升高而增加。為了進一步研究Pt-PDA的類過氧化氫酶活性，作者使用溶解氧電極測定了生成的O2的量（圖1f-h）。添加H2O2後，Pt-PDA溶液的産氧量随着反應時間的延長而增加，在600 s時達到13.94 mg mL-1 。相比之下，PDA 溶液産生的氧氣幾乎沒有變化（圖1g）。更重要的是，Pt-PDA 産生的O在光輻照後增加了 1.2 倍，表明Pt-PDA 具有光增強活性（圖 1h）。

圖1 Pt-PDA 的表征。a)乳腺癌基因轉錄組；b) TEM 圖像；c) XPS能譜；d) SEM圖像；e) 808nm 光輻照的熱圖像。f)示意圖。g，h）Pt-PDA的内在過氧化氫酶樣活性（g）和光增強過氧化氫酶樣活性（h）。

後面進行了一系列性能測試實驗及評估：Pt-PDA納米粒子的光增強類過氧化氫酶活性和光熱性能的體外探索；光調制納米反應器誘導的 A2AR 抑制和免疫系統激活的演示；Pt-PDA 介導的 A2AR 抑制的抗腫瘤和抗轉移作用的評估；Pt-PDA 介導的 A2AR 抑制誘導的免疫原性 TME 的評估；Pt-PDA 綜合 ICB 抗腫瘤免疫反應的體内評估。

圖2 Pt-PDA PD-1 阻斷劑的治療效果。a)雙側腫瘤的治療性免疫示意圖；b，c）荷瘤小鼠的原發性（b）和遠處（c）腫瘤生長曲線；d)治療後腫瘤細胞群中 CD8 T 細胞的百分比；e)腫瘤複發和再攻擊的治療性免疫的示意圖；f)治療後複發腫瘤的腫瘤生長曲線；g)術後治療後荷瘤小鼠的存活曲線；h) 效應記憶 T 細胞的統計分析；i) 第 60 天分離的小鼠血清中的 IFN-γ 水平；j, k)再次用 4T1 細胞攻擊後經各種治療後小鼠的腫瘤生長曲線（j）和存活曲線（k）。

在Pt-PDA綜合ICB抗腫瘤免疫反應的體内評估中，采用雙側4T1腫瘤模型來研究Pt-PDA集成PD-1阻斷劑的協同腫瘤抑制效率（圖2a）。Balb/c 小鼠原位接種 4T1 腫瘤，然後将第二個腫瘤接種到另一側并定義為遠端腫瘤。在對原發性腫瘤進行局部治療後，監測原發性和遠端腫瘤的生長（圖2b，c）。Pt-PDA NIR 治療減緩了未治療的遠端腫瘤的急劇生長，從而顯示 CTL 浸潤到遠端腫瘤中。此外，在這些抗 PD-1 (aPD-1) 治療的小鼠中，額外的光照射 Pt-PDA 治療表現出最顯著的腫瘤抑制作用，表明 Pt-PDA 介導的 A2AR 抑制可以明顯增強免疫對 aPD-1 的反應。

為了研究這些治療引發的全身免疫反應，收集原發性和遠端腫瘤以分析免疫細胞的腫瘤浸潤情況。在這些 aPD-1 處理組中，Pt-PDA NIR處理的小鼠表現出比 PDA NIR 組更高的CD8 T細胞浸潤。這種現象是由于腫瘤微環境乏氧的改善，它通過減輕免疫抑制來增強免疫反應（圖2d）。

此外，理想的癌症治療還應該能夠防止腫瘤複發。作者建立了一個複發型乳腺癌模型，以評估 Pt-PDA 集成的 PD-1 阻斷劑的免疫記憶效應。在實驗的前兩周，荷瘤小鼠像往常一樣接受治療，然後通過手術幾乎将全部腫瘤切除并定義為複發型腫瘤（圖2e）。與 PDA NIR aPD-1 治療相比，全身給藥的 Pt-PDA NIR aPD-1 可以減少複發性腫瘤生長，而單獨的 aPD-1 治療顯示出可忽略不計的治療效果（圖2f）。此外，80% 的小鼠在服用Pt-PDA和aPD-1後，表現出顯著的抗腫瘤能力，并且存活了長達60 天（圖2g）。此外，Pt-PDA NIR aPD-1組小鼠血清中IFN-γ的分泌明顯增加，表明免疫記憶反應有效激活（圖2i）。此外，免疫記憶在保護身體免受腫瘤細胞的二次入侵方面也起着至關重要的作用。因此，在 Pt-PDA NIR aPD-1 組中，存活 60 天的小鼠再次接受腫瘤細胞攻擊并監測腫瘤體積變化。小鼠的腫瘤生長明顯慢于相應的對照組（圖2j）。在沒有任何額外治療的情況下，20% 的小鼠完全抑制了再次攻擊的腫瘤生長至少 120 天（圖 2k）。

總結

在這項研究中，作者開發了一種具有光調制納米催化劑的腫瘤特異性 A2AR 抑制策略，從而增強抗腫瘤免疫。制備的Pt-PDA 可以通過腫瘤特異性刺激的氧氣産生來逆轉 A2AR 介導的免疫抑制，并通過光照射觸發 免疫原性死亡，從而引發有效和完成的抗癌過程。此外，Pt-PDA能明顯增加荷瘤小鼠存活率并防止腫瘤生長、轉移和複發。因此，該項研究制備出的Pt-PDA可以以安全、可靠和有效的方式使腫瘤對免疫治療更加敏感，具有廣闊的臨床應用前景。

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審閱：劉全藝

編輯：王嘉正